En la electrónica cada vez más poderosa de hoy, Los materiales diminutos son imprescindibles ya que los fabricantes buscan aumentar el rendimiento sin agregar volumen.

Más pequeño también es mejor para dispositivos optoelectrónicos, como sensores de cámara o células solares, que recolectan luz y la convierten en energía eléctrica. Pensar, por ejemplo, sobre la reducción del tamaño y el peso de una serie de paneles solares, producir una foto de mayor calidad en condiciones de poca luz, o incluso transmitir datos más rápidamente.

Sin embargo, dos grandes desafíos se han interpuesto en el camino:Primero, encoger el tamaño de los materiales de película delgada "amorfos" usados ​​convencionalmente también reduce su calidad. Y segundo, cuando los materiales ultrafinos se vuelven demasiado delgados, se vuelven casi transparentes y de hecho pierden algo de capacidad para recoger o absorber luz.

Ahora, en un fotodetector a nanoescala que combina un método de fabricación único y estructuras que atrapan la luz, un equipo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Buffalo ha superado ambos obstáculos.

Los investigadores, los profesores de ingeniería eléctrica Zhenqiang (Jack) Ma y Zongfu Yu en UW-Madison y Qiaoqiang Gan en Buffalo, describieron su dispositivo, un fotodetector de nanomembrana de germanio monocristalino sobre un sustrato de nanocavidad, hoy (7 de julio de 2017) en la revista Avances de la ciencia .

"La idea, básicamente, ¿Quiere utilizar un material muy fino para realizar la misma función de los dispositivos en los que necesita utilizar un material muy grueso? "dice mamá.

El dispositivo consta de nanocavidades intercaladas entre una capa superior de germanio monocristalino ultrafino y una capa reflectante de plata.

"Debido a las nanocavidades, los fotones se 'reciclan', por lo que la absorción de luz aumenta sustancialmente, incluso en capas muy delgadas de material, "dice mamá.

Las nanocavidades están formadas por una serie ordenada de diminutos, moléculas interconectadas que esencialmente reflejan, o circular, luz. Gan ya ha demostrado que sus estructuras de nanocavidades aumentan la cantidad de luz que pueden absorber los materiales semiconductores delgados como el germanio.

Sin embargo, la mayoría de las películas delgadas de germanio comienzan como germanio en su forma amorfa, lo que significa que la disposición atómica del material carece de la forma regular, orden de repetición de un cristal. Eso también significa que su calidad no es suficiente para aplicaciones optoelectrónicas cada vez más pequeñas.

Ahí es donde entra en juego la experiencia de Ma. Un experto mundial en dispositivos de nanomembrana semiconductores, Ma utilizó una revolucionaria tecnología de transferencia de membrana que le permite integrar fácilmente materiales semiconductores monocristalinos en un sustrato.

El resultado es un muy delgado, pero muy eficaz, fotodetector absorbente de luz:un componente básico para el futuro de la optoelectrónica.

"Es una tecnología habilitadora que le permite observar una amplia variedad de optoelectrónica que puede ocupar áreas aún más pequeñas, tamaños más pequeños, "dice Yu, que realizó el análisis computacional de los detectores.

Si bien los investigadores demostraron su avance utilizando un semiconductor de germanio, también pueden aplicar su método a otros semiconductores.

"Y lo más importante, sintonizando la nanocavidad, podemos controlar qué longitud de onda absorbemos realmente, ", dice Gan." Esto abrirá el camino para desarrollar muchos dispositivos optoelectrónicos diferentes ".